2018年世界十大新兴技术及改变全球的 15 项专利

虽然这些技术还处于发展的初期阶段，但已经引起了许多研究团队的关注，受到了投资者的广泛青睐，在未来三到五年内，它们可能会对社会和经济产生重要影响。  

9月19日，科学美国人与世界经济论坛（达沃斯）于2018年联合发布了世界十大新兴技术。它涵盖了生物医学、化学、计算机、人工智能等领域的最新技术。  

虽然这些技术还处于早期发展阶段，但是已经引起了许多研究团队的注意，并且受到投资者的广泛青睐，在未来的三到五年中，它们可能会对社会和经济产生重要影响。  

增强现实(AR)是一种覆盖计算机在现实世界中产生的实时信息的技术，AR功能被大量用于面向消费者的应用中，在未来，该技术还将支持博物馆制作全息指南，使病人组织可视化。在三维，并帮助初学者快速学习技术，从医药到工厂维护。  

虚拟现实技术可以让人们沉浸在一个虚构的与世隔绝的宇宙中。相比之下，虚拟现实可以实时地将计算机生成的信息叠加在现实世界中。当你戴着一个装备有虚拟现实软件和照相机的设备时，无论是智能手机、平板电脑、头盔还是智能眼镜，这个程序都是如此。将分析传入的视频流，下载大量的场景信息，并以3D形式叠加相关数据、图像或动画。  

一些市场分析人士认为，AR正在进入主流市场。他们估计，目前价值15亿美元的AR市场到2020年将达到1000亿美元。苹果、谷歌和微软等大型科技公司已经在AR和VR相关产品和应用程序上投入了大量资金和人才。《哈佛商业评论》最近强调，AR技术是一项革命性的技术，将影响所有企业。  

由于诊断工具的进步，个性化和精确治疗的发展已经加快。这些技术可以帮助医生识别和定量生物标志物（标记人体内稳态紊乱的分子），从而将患者区分为不同的su早期分子诊断工具主要针对单个分子，如糖尿病患者的葡萄糖。 

早期的分子诊断工具只观察单个分子，如糖尿病患者的血糖。但是在过去的10年中，生物技术已经取得了突破：它可以快速而准确地测序体液或组织样本中个体的整个基因组，或者测量LL蛋白水平、代谢副产物或微生物种群。  

新的诊断工具已经开始对疾病的标准诊断和治疗工具进行革命。为患者提供最有效的治疗甚至可以减少医疗费用。将来，许多人可能拥有积累下来的个人生物标志物数据。时间和帮助提供个性化的治疗。  

设计新的太阳能材料、抗癌药物或化合物来防止病毒侵袭作物是耗时的，并且涉及许多失败的尝试。现在，人工智能开始提高设计和合成的效率，使过程更快、更容易、更便宜，并减少化学废物。  

目前，已有近100家初创企业正在探索开发新药的人工智能方法。最近，仁爱人工智能公司筹集了1.15亿美元，将人工智能技术应用于开发运动神经元疾病、帕金森病和其他难治性糖尿病的药物。是的。  

例如，德国明斯特大学的研究人员开发了一种人工智能工具，它可以重复地模拟1240万个已知的单步化学反应，并设计出比人类快30倍的多步合成路线。激发技术也是令人兴奋的。大多数制药公司储存数百万种化合物，并对其进行筛选，以确定其作为新药的潜力。  

今天的数字助理有时会骗你相信他们是人类，但更强大的数字助理正在到来。Siri、Alexa和其他人使用复杂的语音识别软件来识别你的请求以及如何提供相关信息。他们产生的声音是自然的，并给出脚本回答你的问题。  

今年6月，IBM展示了一种先进的技术：该系统允许与专家进行实时辩论，而无需事先就特定主题进行培训。该系统必须使用非结构化数据来确定信息的相关性和真实性，将其组织为可重用的形式，并形成缺点支持其指定位置的持续性论述。它也必须回应人类对手的论点。该系统演示了两场辩论，其中许多观众认为系统的辩论更有说服力。  

几十年来，科学家们发明了一种将细胞包裹在半透性保护膜中的方法，以防止免疫系统攻击植入的细胞。这些胶囊仍然允许营养素和其他小分子流入，需要激素或其他治疗性蛋白质流出。呃，不足以防止这些细胞被破坏。如果免疫系统认为保护性物质本身是外来的，它会导致瘢痕组织在胶囊上生长。这种纤维化阻止营养物质到达细胞并杀死它们。  

2016，麻省理工学院的一个研究小组发布了一种方法，让移植细胞在免疫系统中不可见。在开发和筛选了数百种材料后，研究人员选择了一种化学修饰的藻酸盐凝胶。糖尿病，细胞立即对血糖变化作出反应，产生胰岛素，连续控制血糖水平6个月。在此期间没有观察到纤维化。  

人造肉由动物肌肉样本制成。技术人员从动物组织中收集干细胞，让它们增殖和分化成原肌原纤维，然后生长成肌肉组织。MosaMeat声称从牛身上提取的组织样本足以生产80000b。埃夫汉堡。  

这种人造肉，如果被广泛使用，可以消除动物的许多残忍和不道德的杀戮。它还可以减少肉食生产的相当大的环境成本。只有培养的细胞需要生产和维持，而不是从出生的整个生物体。  

许多初创企业表示，他们预计产品在未来几年内会销售。专业人士预测，人造肉可能在几年内成为传统肉类的竞争对手。当然，为了获得市场认可，必须证明人造肉是安全和美味的。  

电刺激医学在医学上有着悠久的历史，如起搏器、人工耳蜗植入和帕金森病的深部脑电刺激。这些治疗方法之一将变得更加多样化，并显著改善许多疾病的治疗。迷走神经，从脑干向大多数器官发送脉冲，然后返回。迷走神经刺激（VNS）的新用途已经变得可能，部分原因是范斯坦医学研究所的凯文·特雷西和其他人的研究表明，迷走神经释放化学物质，帮助调节免疫系统。例如，在脾脏沉默免疫细胞中释放的特异性神经递质，这些免疫细胞全身发炎。  

VNS治疗的最大障碍是手术价格，但是随着非植入技术的进步，价格问题应该得到显著缓解。无论如何，随着对机制和疗效的更多研究，VNS和其他电刺激药物可能能够更好地控制许多慢性疾病并减少数千患者的药物需求。  

基因驱动技术可以永久地改变一个种群甚至整个物种的特性，正在迅速发展。所谓基因驱动是指从父母传给后代的遗传元素数量异常高，从而在种群中迅速传播。驱动力是自然发生的，但它也可以被转化，这在很多方面对人类是有利的。这项技术具有防止昆虫传播疟疾和其他可怕的传染病的潜力，通过改变攻击植物的害虫来增加作物产量，使珊瑚抗嫉妒。压力，防止入侵植物和动物破坏生态系统。  

尽管前景看好，基因驱动技术已经引起了人们的关注：人类修饰的基因会无意中传播到其他野生物种并干扰它们的生长吗从生态系统中移除现存物种有什么风险非法组织将基因驱动作为摧毁农业生产的武器吗  

为了避免这种极端情况，一组研究人员发明了一种驱动开关：这种开关必须通过传递一种特殊的物质来开启，使基因驱动起作用。同时，许多科学家小组正在研究如何指导基因驱动实验的进展。舞台。2016年，美国国家科学院、工程医院和医学院对基因驱动的研究进行了回顾，并就相关研究提出了建议。2018年，一个大型的国际工作组制定了从实验室研究到现场tr的研究操作流程。该组织已经建议利用基因驱动控制非洲的疟疾，这将使公共卫生空前受益。  

2007年，美国加州理工学院的哈利·A·阿特沃特在《科学美国人》杂志上预测，等离子体光子学将最终导致一系列的应用，从高灵敏的生物探测器到隐形的覆盖物。一些正在从实验室过渡到市场。  

一些初创公司正在开发基于这种技术和相关方法的产品，包括监测电池活动以帮助改善功率密度和充电率的电池内部传感器。此外，在医学领域，研究人员正在测试感光性nan的应用。根据市场研究公司FutureMarketInsights的说法，等离子传感器在北美的市场价值将从2017年的近2.5亿美元上升到2027年的近4.7亿美元。  

量子计算机由于其独特的叠加和纠缠特性，在解决特定问题方面比任何传统计算机都更有效。随着NISQ计算机算法研究的兴起，量子计算领域可能迎来新的突破。量子计算机在几年内可以赶上甚至超过传统的计算机。  

许多研究人员已经开发出算法来模拟NISQ器件上的分子和材料（以及将来完全纠正错误的量子计算机）。这些算法可以改进从能源到健康科学等领域的新材料的设计。r量子计算机更擅长机器学习任务，其中计算机从大的数据集或经验中学习。快速增长的NISQ设备测试算法已经表明，量子计算机确实能够促进机器学习任务。  

在接下来的几年里，研究人员很可能开发出更大、更可控的NISQ器件，随后是数千个量子位、完全校正的仪器。尽管我们可能不得不等到完全校正的机器可用。  

今天的创新也许不一样，但同样充满活力。这里有15项专利塑造了现代世界。  

磁悬浮列车的故事始于埃里克·莱斯威特和他的全尺寸直线感应电动机的研究。发明者们意识到，不与轨道接触的直线电动机可以用来开发基于磁场的运输系统。SE磁场实现向上和向前推力。  

莱斯威特的工作已经得到了广泛的研究，布鲁克海文国家实验室的詹姆斯·鲍威尔和戈登·丹比在1967年获得了磁浮列车的第一项专利。S、气流或火箭获得推力。  

当莱斯威特直线感应电动机的工作与鲍威尔和丹比的浮动列车设计结合起来时，第一辆商用磁浮列车诞生了。德国后来制造并试验了几个样机，最后制造了Trans.。德国在上海开发的一列磁浮列车是最快运行的商用列车，最高运行速度为270米（435公里/小时），而日本L0系列磁浮列车的原型则设定了r。未来超高速铁路系统将采用类似的技术以750英里/小时（1207公里/小时）的最大速度在真空蜂管中漂浮并加速机舱。  

这个21世纪标志性设备的专利几乎告诉你关于它的一切。总的来说，苹果对原始iPhone的专利只是把它称为电子设备，只是说它是电子设备的装饰设计，参见插图和说明。电子装置的正确编号，告诉你它在哪个方向显示，然后参考相关的专利和文件。  

虽然iPhone不是第一部智能手机或者第一部连接到互联网的手机，但是它的基本设计已经成功地改变了许多人每天使用的设备的外观和功能。N个电子设备影响了人们交流、浏览甚至思考的方式。  

外骨骼具有悠久的历史，可以追溯到1890年NicholasYagin发明的一种行走装置。非机动骨骼在压缩气体中储存能量并帮助移动。  

在20世纪60年代，美国军方发起了一个由通用电气公司开发的被称为哈迪曼的动力外骨骼项目。这种大型机械服的设计是为了增强士兵的力量，使他们能举起1500磅，但在充分的力量下，外骨骼受到强烈的不受控制的MOV。因此，它从未在人类身上被测试过。  

随着技术的不断进步，公司正在投资于外骨骼，以帮助不同程度瘫痪的人或帮助工人进行野外工作。ReWalk拥有2014年的电源外骨骼专利，他已经开发了一个外骨骼用于康复中心，这个康复中心可以让病人瘫痪。患有下肢瘫痪的nts可以学习坐、站、走甚至爬楼梯。麻省理工学院和欧空局也在设计类似的设备。未来的建筑工人、士兵甚至宇航员可以使用外骨骼服。  

今天，在公园上空嗡嗡作响、干扰飞机的四轴无人机早在1962年就申请了专利。皮亚斯基飞机公司的工程师爱德华·G·范德利普（EdwardG.Vanderlip）首先设计了一个方法，使直升机仪表即使在停电时也能继续工作。  

范德利普接着提出了将飞行员友好的飞行系统吸收到遥控螺旋桨飞机中的想法。他的全向直升机无人机勾勒出一个极其简单的无人机。无人机具有四个成对布置在相反端的升力旋翼，因此俯仰的垂直轴总是成对的。垂直于地面。这允许飞机在保持水平平台的同时向任何方向倾斜转子。  

随着时间飞行控制和电子系统，如相机和GPS导航遵循范德利普的想法，四轴无人机终于可以成组在蓝天飞行。  

1986年发布的3D打印机专利超前了。该文件概述了大多数3D打印机使用的基本技术：立体光刻或树脂光固化。移动平台接收计算机的输入并将底座置于喷嘴下。喷嘴的液体树脂形成物体。一层接一层，然后用紫外光固化。  

随着计算机技术的发展，3D印刷的真正价值越来越明显，随着激光金属烧结等金属印刷方法的出现，制造商们开始印刷桥梁、火箭发动机等雄心勃勃的建筑物。  

1968年，G.S.Brindley和W.S.Lewin医生将一个装置植入一个52岁的病人体内。这个电子装置不是植入病人的眼睛里，而是植入他大脑的视叶。让病人看到他一半视野中的光点。  

如今，使用小得多的电子设备，视觉恢复设备可以直接植入视网膜，正如2013年专利中所描述的。安装在太阳镜上的相机通常用于从周围区域捕获数据并向视网膜植入物发送信号，然后刺激光感受器。完全失明的患者可以使用这种技术恢复部分视力，包括看到形状和光线的能力。随着电极收缩和更多特殊感光器的刺激，这项技术只会越来越好。  

GPS卫星是美国海军发明的，现在由美国空军操作。RogerL.Easton是全球定位系统（GPS）幕后策划者。20世纪50年代，他为美国海军研究实验室开发了跟踪在轨美国卫星的技术，后来又为苏联研制了卫星。1959年，伊斯顿研制了海军空间监视系统，这是第一台跟踪美国所有在轨物体的雷达网络。  

在接下来的几十年里，伊斯顿改变了技术方向，从太空跟踪地面上的物体。1974年授予他的专利描述了卫星导航的方法。用于动作发射的高精度时钟，如TIMATIONI和II，改进了技术，并纠正了误差。在1977，导航技术卫星2发送了第一个GPS数据。  

这项技术被限制在军事上使用了好几年。在第一次海湾战争（有时称为第一次空间战争）期间，美国使用GPS卫星在科威特和伊拉克沙漠中导航。1995年，GPS实现了24颗卫星的全面运行。今天，谷歌地图几乎从未失去它的卫星连接。  

CRISPR-Cas9是由加州大学伯克利分校开发的一种基因编辑工具，用来修改单细胞生物。随后，与哈佛大学和麻省理工学院合作的非营利组织BroadInstitute对该技术进行了改进，并用于多细胞生物，如如今，CRISPR被用于改良农作物和牲畜，以及治疗白血病等人类疾病。  

CRISPR-Cas9分为三个部分：定位生物体正确DNA片段的RNA链，切断DNA片段的Cas9酶，以及替换缺失片段的可选DNA链。  

CRISPR可以注射到胚胎或免疫系统细胞等细胞中，然后注射到病人体内。基因工程的可能性刚刚开始形成，治疗各种疾病的药物和工具正在慢慢出现。应注意  

19世纪末，医生们认识到电刺激大脑可以导致人和动物的身体运动。在20世纪，脑刺激实验成功地改变了患者的情绪和行为。  

犹他大学1993年的专利概述了所谓的犹他阵列，在随后的专利中描述了一种植入式集成装置，它使用许多金属针与大脑接触，以检测电信号或将信号传输到大脑。  

从那时起，大脑植入物已经发展到可以移动机械假肢器官或者通过思考将单词输入计算机的程度。将来，覆盖大量神经元的技术，例如神经网络，可以用来允许人们和计算机交互。RS通过想法。  

我们可能正在进入石墨烯时代。二维复合材料，由通过蜂窝结构排列的碳分子组成，非常轻。此时，复合材料的强度比相同厚度的钢高200倍以上，并且具有较强的耐热性和导电性，这些性能使得石墨烯和类似的碳复合材料非常适合于计算机芯片、机翼等许多领域。应用。  

石墨烯是由大块石墨制成的，你可以在铅笔中找到。然而，分离一层只有一层原子厚度的碳分子是极具挑战性的。直到2004年，曼彻斯特大学的安德烈·吉姆和康斯坦丁·诺沃塞洛夫才使用胶带，所谓的胶带。用透明胶带法提取一层原子厚度的石墨烯晶体。由于二维材料石墨烯的突破性实验，这项工作使他们获得了2010年的诺贝尔物理学奖。后来，创新性的材料提取方法被发明出来。例如，专利在2006使用薄片剥离技术来制造石墨烯。  

1994年，JaapHaartsen发明了蓝牙，使得附近的电子设备能够使用低功率、超高频的无线电波相互连接。Haartsen构思了几个与蓝牙相关的专利，但后来被法律诉讼和专利陷阱捕获。可以使用GPS技术传输GPS数据。  

该系统使用嵌入在设备中的小型计算机芯片作为迷你无线电广播设备，并运行互连所需的软件。设备通过所谓的微微网短距离网络配对。这种技术现在几乎在所有手持设备中使用，包括耳机、摄像机。AS和智能恒温器。  

无人机的历史可以追溯到100年前。1925年，在繁忙的曼哈顿地区，胡迪娜无线电控制中心成功地驾驶一辆无人驾驶的1926年钱德勒通过后面一辆汽车的无线电信号驾驶它。70年后，卡内基梅隆大学的海军实验室项目在半澳地区行驶了3100英里。美国各地的汽车都是自动驾驶的，司机只踩油门刹车，方向是自动控制的。  

在无人驾驶车辆技术方面有数百项专利，但突破口是意大利一家名为VisLab的机器视觉公司。2013年7月，VisLab的BRAiVE成功地在意大利帕尔马市中心的一条双向街道、人行横道、红绿灯和周围的岛屿上驾驶。该公司的第一项无人驾驶车辆技术专利是让照相机和传感器系统获得关于车辆周围环境的信息，然后向计算机输入命令。  

今天，许多大型科技公司和汽车公司正在开发无人驾驶汽车，如谷歌、亚马逊和泰斯拉。一些人预测，无人驾驶汽车将取代城市中的传统公交系统和传统汽车，改变城市交通，并使后者成为中间商。联网的车辆网络，从而有效消除交通拥挤。  

19世纪初，法国物理学家埃德蒙·贝克勒尔发现一种特殊的材料在暴露于光下会产生微弱的电流：光电效应。1839年，他把酸性溶液中的氯化银与铂电极连接起来，创造了第一台光伏电池。e.  

大约50年后，美国第一项太阳能电池专利授予了爱德华·韦斯顿。该专利描述了一种热电元件，其一端连接着两种不同的金属，另一端绝缘，在暴露的电路中产生电流。埃斯顿甚至可预见地概述了一套储能系统，可以在夜间或阴天有光时使用，并指出了当今大规模太阳能面临的主要挑战。  

太阳能电池板的技术已经发展了几十年，现在主要由硅制成。1958年，先锋1号卫星成为第一艘使用太阳能电池板的航天器，促进了太阳能电池板的普及。目前，世界上最大的太阳能发电厂是印度的K.阿穆蒂太阳能发电项目，占地面积约3.9平方英里，安装容量近650兆瓦。  

第一代无线移动通信技术使模拟无线移动电话成为可能。第二代支持数字电话。但是3G，或者说通用移动通信系统（UMTS），改变了我们每天携带的设备。  

如2003年专利所述，3G将把移动电话连接到GPS和因特网。它使得在手持设备上提供视频通话和流媒体服务成为可能。十年后，网络的4G改进继续把移动电话变成钱包，个人助理。娱乐设备。  

第一个VR耳机并不是用来玩电子游戏或观看体育节目，而是用来帮助用户分析财务数据。2000年授予发明人保罗·马歇尔的虚拟现实发生器专利描述了一个计算机生成的世界，用户可以通过控制来导航。诸如轨迹球或空间球、电子数据手套、磁头定位跟踪器、键盘、操纵杆或方向盘之类的装置。  

保罗·马歇尔后来继续研究这些技术以创建三维信息地图，但他的目标仍然是帮助财务经理或金融分析师过滤数据。这项技术一直处于研究阶段，直到2016年OculusRift推出其娱乐头饰，HTC公司也推出了这项技术。其他的虚拟现实系统，比如三星VR和GoogleCardboard，使用智能手机来展示计算机世界。而像微软HoloLens这样的增强现实设备可以通过将数据添加到现实世界来帮助每个人，从建筑工人到科学家。  

罗马不是一天建成的。从研发到大规模的商业应用，要改变世界，一项技术往往需要多年的艰苦努力，甚至几代探险家不断开发，把过去和未来联系起来。  

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